山區高速公路小半徑曲線鋼箱梁施工技術研究

樊俊亮

（甘肅省公路建設管理集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

史家山互通立交樞紐位于甘肅慶陽市慶城縣境內，該立交樞紐是甘肅省在建規模最大的互通式立交橋，也是銀百高速甜永段全線控制性工程之一，由1座主線橋、13座匝道橋和2座拼寬橋構成。其中D匝道橋第5-7聯采用小半徑曲線鋼箱梁結構，在架設施工中面臨高空跨線施工、路線與谷底高差較大、場地設備要求高、架橋機移動困難等一系列問題。本文以銀百高速（G69）甜永段史家山互通立交小半徑曲線鋼箱梁橋施工為例，介紹小半徑曲線鋼箱梁橋跨線的制作、架設過程中的線型控制技術，為同類型工程結構的施工提供參考。

1 鋼箱梁制作與安裝

1.1 鋼箱梁場內制作

（1）放樣。

利用相關軟件繪制出箱梁各構件詳圖，精確放樣箱梁各構件，對部分復雜部位需進行立體放樣，作為數控編程和下料套料圖的控制依據。

（2）號料及下料。

嚴格按工藝套料圖進行。校平直所使用的板件，保證其斷面光滑均順，邊緣無飛刺、掛渣；宜冷矯矯正相關零件，矯正后其表面無明顯的損傷和凹痕。當必須采用熱矯時，控制其溫度在600～800℃，在降至室溫前不得錘擊鋼材。彎曲后零件不得產生裂紋。矯正時環境溫度不宜低于-12℃[1]。

（3）典型零部件加工。

典型零部件加工包括頂板單元、橫隔板單元、懸挑板單元，由頂板和板單元焊接組成。板單元焊接后的矯正要求如下：冷矯時，其環境溫度應高于5℃，在矯正過程中應緩慢加力，矯正完成后總變形量應小于變形部位初始長度的2%；熱矯時，不宜在同一部位多次重復加熱，加熱溫度應控制在600～800℃，不允許過燒。

（4）拼裝胎架制作。

拼裝梁段胎架根據梁段的重量、結構位置、投影水平弧形外輪廓、梁段制造預變形及鋼箱梁設計圓弧豎曲線等因素進行胎架的設計和制造，保證胎架有足夠的剛度[2]。

（5）鋼箱梁組裝流程。

在組裝前綜合考慮焊接順序和方法對梁段組裝焊接變形的影響，制定梁段組裝程序。一般總拼步驟為：底板→橫隔板→腹板→頂板→懸挑單元。

1.2 鋼管樁臨時支架施工

1.2.1 鋼管樁施工

打樁工作開始前，首先對現場進行實地測量放線，定位鋼管樁位置，然后利用打樁機用振動錘在設計位置精確對位后將鋼管樁插打至設計深度，打入深度根據橋梁永久樁基施工時記錄的入巖標高參數和現有原地面標高確定。鋼管樁施工時外露高度控制在80cm左右，以方便進行與臨時支架立柱的焊接作業[3]。

為驗證鋼管樁單樁承載力，項目部組織進行了單樁承載力試驗。現場在D匝道15號墩旁打入一根試驗樁，試驗樁打入深度5m，另在試驗樁兩側打入兩根支撐樁用來做反力架。反力架分配梁采用I40工字鋼焊接，頂部放置配重塊，配重塊單塊尺寸3m×1m×0.8m，每塊重3t，共放置20塊，配重60t，試驗用千斤頂為300T液壓頂，其線性回歸方程為y=0.0172x+0.947（y為油表讀數，x為對應力值，換算x=58.1395y-5.5058），通過試驗得出相關數據如表1。

表1 單樁承載力試驗結果

從試驗數據得出，單樁承載力滿足方案計算書中單樁最大受力634kN的要求。

1.2.2臨時支架施工

臨時支架尺寸為4m×11m，立柱使用609mm×16mm的鋼管，立柱間連接采用法蘭盤。臨時支架搭設高度根據施工完的鋼管樁樁頂標高和臨時支架頂部的標高計算確定，臨時支架立柱標準節段長度為6m，立柱與鋼管樁連接的第一節在地面焊接成格構形式后整體吊裝安裝，立柱與鋼管樁對中后進行焊接連接，從第一標準節立柱頂部往下和底部往上各1m焊接一道水平縱橫向連接以增加穩定性，同時頂部往下1m處的縱橫向連接作為下一節立柱安裝時的作業平臺擺放位置,剩余上部立柱隨著高度的增加,安裝時每3根立柱焊接成一組進行安裝，不可再整體6根立柱吊裝,每組安裝加固牢固且垂直度符合要求后再進行縱向兩組之間的連接。

臨時支架頂部主橫梁采用雙拼I40b工字鋼，主橫梁長度15m，主橫梁與臨時支架立柱頂部法蘭盤進行焊接固定，主橫梁上每隔1m放置縱向雙拼I40工字鋼，與主橫梁焊接固定，作為架橋機1#柱橫梁的放置平臺，工字鋼間空隙鋪設用I10和花紋鋼板制作的平臺保證施工安全。

臨時支架與混凝土墩間通過16#槽鋼在高度方向每隔6m連接一道，使臨時支架整體剛度及穩定性得以提高。支架搭設完成后,使用前要組織進行聯合驗收，驗收合格后方可進行下一工序施工。

1.3 鋼箱梁場外架設

1.3.1 架橋機選型

為滿足小半徑曲線鋼箱梁的架設要求，采用架橋機結構，結構包括常規架橋機主梁，前、中、后支腿裝置以及設置于沿橫橋向方向的中支腿橫移軌道,通過中支腿滑動塊將中支腿裝置底部安裝在中支腿橫移軌道上,中支腿橫移軌道設置與橫橋方向構成一定傾角。通過中支腿橫移軌道上的中支腿滑動塊的移動，移動架橋機主梁的梁尾，即可調整架橋機的旋轉角度。以前支腿為圓心，以鋼箱梁上表面為平面，如果調整中支腿坡度為0，則鋼箱梁進行左右方向的旋轉，即實現架橋機的水平左右旋轉；調整中支腿坡度不為0，則鋼箱梁左右方向的旋轉，會使鋼箱梁前后端高程也會變化，從而通過架橋機角度的調整實現鋼箱梁架設姿態的調整，滿足小半徑曲線鋼箱梁的姿態要求[4]。

1.3.2 施工前準備

依據選定的鋼箱梁架設施工方案，對照設計圖紙對鋼箱梁的節段劃分，根據架橋機架設的特殊性對原設計圖節段劃分進行優化然后報設計院進行確認。D匝道鋼箱梁主箱共分為3個架設段，內外弧翼緣板各3個架設段，總計9個架設段。根據鋼箱梁節段劃分等參數選用50m-180t架橋機架設，架橋機主析梁中心距6.3m，架橋機總長65.5m，50m-180t架橋機最小適應架設曲線半徑為200m，現場施工通過在混凝土墩大里程側搭設臨時支架調整曲線半徑以滿足架橋機工作條件，調整后架橋機工作半徑為225m，大于200m，可滿足施工需要。

1.3.3 架橋機過孔

步驟1：過孔前支設好1#柱、輔助支腿、3#柱，調整2#柱橫移軌道使其大致與架設完的梁前端平行，保證1#柱調整后2#柱軌道與其平行，主梁前移時不會別勁，保證順利前移；

步驟2：架橋機主梁后退，使其0#柱退到臨時支架平臺或混凝土梁面上，0#柱支墊牢固；

步驟3：驗收架橋機主要構件；

步驟4：調整1#柱使其與已架設完的鋼箱梁或混凝土梁端頭平行，架橋機準備正常過孔；

步驟5：架橋機主梁正常前移，當3#柱到達2#柱2m位置處時停止主梁前移;

步驟6：調整2#柱，擺放2#柱橫移軌道使其到達跨中位置處（邊移動邊調整)，調整到工況模擬時確定的旋轉角度；

步驟7：架橋機主梁向前繼續過孔，使其0#柱到達臨時支架平臺上(前移主梁需要配重，用預制混凝土塊或已架設的鋼箱梁自身做配重)，支墊0#柱，3#柱；

步驟8：移動2#柱到墩頂滿足架設鋼箱梁的位置處(如1次移動不到加高橫梁上，要臨時支墊2#柱橫移軌道在加高橫梁附近，然后再進行頂升主梁放置到位)；

步驟9：驗收此狀態下的架橋機主要構件；

步驟10：移動1#柱到達臨時支架平臺上，1#柱支墊牢固。架橋機過孔基本完成，開始下一階段調整;

步驟11：進行姿態調整。1#柱橫移軌道在臨時支架上支墊完成后，通過輔助支腿和3#柱支撐頂升架橋機主梁，將2#柱及其橫移軌道移動到梁面上標識的最終架梁狀態的位置線處，支墊時調整好架橋機前后主梁的相對高差，保證架橋機前端高于后端，確保架梁時整機安全。同時根據工況模擬將左右兩側主箱梁段架設時架橋機2#柱輪箱橫移位置在軌道上標識出來，在架設過程中按此控制。姿態調整完成后組織進行架橋機的聯合驗收，確保在架梁前消除相關隱患。

1.3.4 主箱梁段架設前準備

主箱梁段架設順序為:先外弧梁段→再中間梁段→后內弧梁段。

架設之前根據安裝完的支座和蓋梁、臨時支架頂面的相對高差，計算出梁段架設時需要的臨時支座高度，然后制作好臨時支座，提前放置相應位置，然后將支座楔形鋼板安裝后與支座焊接固定。

根據支座中心線距擋塊的距離,計算出梁段架設后外側腹板距擋塊的距離，然后用鋼板制作后焊接在主箱支座對應的腹板位置處作為限位板,架設時限位板頂緊擋塊，可保證梁段不會偏位。

提前準備好50T立式油壓千斤頂調整梁段高度；32T千斤頂及配套頂拉架作為相鄰兩梁段拼縫及高差的調整；足夠數量的碼板及二保焊接進行梁段的固定連接。

1.3.5 主箱梁段架設

運梁車喂梁后，將吊裝單元塊的一頭移到架橋機尾部的前天車下，由前天車吊起該單元塊的一頭，另一頭仍然支撐在主動炮車上。前天車和主動炮車同步進行喂梁，直到該梁段的另一頭走到后天車下，由后天車吊起單元塊的另一頭后，2臺天車同步將該單元塊運輸到待架橋梁的位置。通過架橋機和起重天車的起升、下降、橫移和縱移將主箱梁段擺放到相應位置，然后用臨時支座作為支撐，用32T千斤頂及配套頂拉架調整相鄰兩梁段拼縫及高差，調整完成后及時采用碼板焊接固定[5]。

1.3.6 主箱縱橫梁焊縫焊接

焊縫焊接采用單面焊接雙面成型工藝,焊接前在焊縫底面或焊接對面粘貼陶瓷襯墊,焊接時做好箱室內通風和有害氣體的檢測,確保焊接作業過程人員安全。

1.3.7 翼緣板架設及焊接

翼緣板架設采用在架橋機主析梁上安裝I45b工字鋼橫梁，人工配合使用5T手拉手推單軌行車和5T倒鏈進行橫向滑移架設，架設前先用架橋機將翼緣板提放到相應位置，然后再進行人工提升滑移安裝。

翼緣板安裝時要根據設計圖紙所給橋面橫坡進行板面橫坡和梁面寬度的調整，通過測量相對高差確定翼緣板的橫坡，安裝后及時用碼板進行固定，同時每塊翼緣板縱向與主箱梁焊接連接不少于3處，每處焊縫長度不小于50cm。

翼緣板與主箱腹板連接處的焊縫焊接時采用16#槽鋼加工制作作業平臺，作業平臺在梁頂面安裝4個行走滑輪，作業平臺作業時在其頂部配重確保安全。

1.3.8 焊縫探傷檢測

焊縫焊接完成后及時安排進行打磨處理,自檢合格后報第三方進行探傷檢測，探傷合格后進行下一跨施工。

1.3.9 墩頂橫梁內壓重混凝土澆筑

每一聯架設完成后，將墩頂橫梁內清理干凈，采用汽車泵澆筑混凝土，澆筑時使軟管剛好能從灌注孔伸入，直接泵送入倉。

混凝土施工分層澆筑，分層厚度按30cm控制，采用插入式振搗棒振搗，振搗時嚴禁碰撞到箱梁，振搗時逐點移動，按順序進行，不得漏振。澆筑過程中還應注意箱梁、支座，如有位移、變形、沉降等應立即校正并加固。

混凝土澆筑完成后及時養生,且保證水化熱充分釋放后再進行灌注孔的封閉，封閉用鋼板材質及規格同母板，剖口全熔透焊接。

2 結束語

應用于甜永高速12標史家山樞紐互通立交D匝道橋第5-7聯施工中的鋼箱梁架設方法，通過設置中支腿橫移軌道達到調整架橋機旋轉角度的目的，從而滿足小半徑曲線架設鋼箱梁要求，既有效地解決鋼箱梁在小曲線半徑下的架設問題，又解決了要求橫坡和縱坡的鋼箱梁拼裝的難題。同時相較于普通的搭設支架架設鋼箱梁，施工工藝簡單，工藝新穎、安全可靠，加快施工進度，不占用橋下凈空，達到降低成本、降低安全隱患、減小對橋下既有線運營影響的目的，適用于高墩條件下小半徑曲線鋼箱梁架設。